絕緣管型母線雖然統(tǒng)一采用管狀銅質(zhì)或鋁質(zhì)導(dǎo)體，但絕緣型式各異。目前中國常見的絕緣管型母線分為澆注式、繞包式和擠包式。3種類型的管型母線具有各自顯著的絕緣結(jié)構(gòu)特征，且在絕緣性能、工藝難度等方面各有優(yōu)勢和難點(diǎn)。
1 澆注式絕緣管型母線
1.1 結(jié)構(gòu)特征
澆注式絕緣管型母線本體絕緣主要采用絕緣、半導(dǎo)電(粘性)電工皺紋紙帶纏繞，經(jīng)環(huán)氧樹脂真空浸漬，加溫固化，形成一體化固體絕緣。
在端部可以很方便地將半導(dǎo)電帶分層按一定尺寸纏繞主絕緣，形成類似套管中的電容屏結(jié)構(gòu)，達(dá)到控制場強(qiáng)分布，減少場強(qiáng)集中的效果。
澆注式絕緣管型母線接頭一般采用在導(dǎo)體連接外部外罩絕緣套筒的形式。套筒同樣是具有電容屏結(jié)構(gòu)的絕緣筒裝結(jié)構(gòu)，內(nèi)屏與導(dǎo)體連接等電位，外屏為接地導(dǎo)體。兩端與本體密封連接，如圖2所示。
1.2 技術(shù)優(yōu)勢和難點(diǎn)
澆注式絕緣管型母線具有以下優(yōu)勢：(1)環(huán)氧浸漬紙絕緣是一種絕緣紙與環(huán)氧樹脂的復(fù)合絕緣，導(dǎo)體、半導(dǎo)體層和絕緣紙經(jīng)加溫固化后，形成致密、緊實的一體化結(jié)構(gòu)，既具有絕緣紙和環(huán)氧的良好絕緣和介電性能，又具有良好機(jī)械特性。已證實該種結(jié)構(gòu)形式能有效保證至少在
35 kV及以下電壓等級產(chǎn)品不發(fā)生內(nèi)部局部放電。(2)端部和套筒的電容屏結(jié)構(gòu)能夠有效控制場強(qiáng)，且實現(xiàn)簡單，均壓結(jié)構(gòu)存在于絕緣內(nèi)部，均在工廠預(yù)制，可靠性較高。(3)絕緣套筒保障了設(shè)備在連接處依然保持全絕緣性能，提高了安全性。
同時，其絕緣結(jié)構(gòu)和工藝也使得澆注式
半絕緣管型母線設(shè)備存在以下技術(shù)難點(diǎn)：(1)環(huán)氧材料本身較脆，特別是屏蔽筒，在運(yùn)輸、安裝中對防止跌落、撞擊的要求較高，同時需要考慮運(yùn)行中的振動問題，以避免絕緣產(chǎn)生局部缺陷。(2)電容屏結(jié)構(gòu)必須合理設(shè)計，并在生產(chǎn)、安裝中確保尺寸，否則可能導(dǎo)致局部場強(qiáng)集中，危害絕緣。(3)生產(chǎn)澆注式絕緣管型母線需要大型真空澆注和加溫固化設(shè)備，設(shè)備尺寸限制了單根母線長度(目前常規(guī)產(chǎn)品單根長度8 m左右)，又因為其生產(chǎn)工藝復(fù)雜，該結(jié)構(gòu)絕緣管型母線生產(chǎn)難度更大，成本更高。
2 繞包式絕緣管型母線
2.1 絕緣形式及相關(guān)結(jié)構(gòu)
利用聚四氟乙烯帶或聚酯薄膜材料纏繞，層間涂抹硅油形成主絕緣層。其端部均壓結(jié)構(gòu)也可與澆注式一樣，應(yīng)在絕緣中纏入多層半導(dǎo)電(導(dǎo)電)材料，形成電容屏，均勻場強(qiáng)。繞包式絕緣管形母線中間接頭處存在多種技術(shù)方案。
其一，在接頭處將導(dǎo)體焊接成與本體等外徑的連接結(jié)構(gòu)，然后按照本體的導(dǎo)體屏蔽層、絕緣層、電容屏層、絕緣屏蔽層和接地層逐層以纏繞方式恢復(fù)，并與所連接的兩段管型母線的端部結(jié)構(gòu)接續(xù)成一個整體的無縫式型式，如圖3所示。類似結(jié)構(gòu)在電力電纜中也有，但一般認(rèn)為現(xiàn)場繞制的絕緣由于絕緣界面、工藝等的影響，其許用場強(qiáng)可考慮設(shè)計為本體的一半[9-10]，因此這種等徑接續(xù)的方式只適用于絕緣裕度較大的低電壓等級絕緣管型母線。
其二，對高電壓等級的絕緣管型母線，可將中間接頭的絕緣做成與澆注式原理相同的屏蔽筒型式，以達(dá)到與澆注式相同效果。
此外，也有在導(dǎo)體連接處直接繞制增強(qiáng)絕緣的方法，但這樣表面并非零電位，因此并不推薦。
2.2 技術(shù)優(yōu)勢和難點(diǎn)
繞包式絕緣管型母線具有以下優(yōu)勢：(1)繞包式絕緣管型母線生產(chǎn)工藝簡單，流程環(huán)節(jié)少，產(chǎn)能充足。(2)現(xiàn)場故障恢復(fù)簡單，在故障點(diǎn)破開絕緣，逐層纏繞恢復(fù)絕緣結(jié)構(gòu)即可。
同時，繞包式絕緣管型母線設(shè)備存在以下技術(shù)難點(diǎn)：(1)聚四氟乙烯或聚酯薄膜本身性能優(yōu)異，但其絕緣性能決定于繞包過程中是否形成致密、緊實的多層結(jié)構(gòu)，而且現(xiàn)場安裝接頭時，更難控制質(zhì)量。只有通過嚴(yán)密的工藝手段才能保障其性能。包繞不夠緊實的產(chǎn)品，絕緣層間容易引入氣泡、潮氣，另外，壓緊力下降后，絕緣性能將嚴(yán)重下降，且更容易受潮氣入侵，引發(fā)沿絕緣層間表面的放電。這種情況下，其絕緣強(qiáng)度主要取決于絕緣結(jié)構(gòu)的特性而遠(yuǎn)低于材料本征擊穿強(qiáng)度。(2)繞包式設(shè)備生產(chǎn)起步要求低，大量廠家集中于生產(chǎn)該類型產(chǎn)品，導(dǎo)致該類設(shè)備質(zhì)量差異極大。僅有少量廠家采用機(jī)械纏繞的方式，并嚴(yán)格控制工藝過程，保障絕緣性能。
2.3 擠包式絕緣管型母線
2.3.1 絕緣形式和相關(guān)結(jié)構(gòu)
與電力電纜絕緣幾乎完全相同，利用橡塑材料(聚乙烯，硅橡膠、三元乙丙橡膠)原料呈粘稠的半流體狀性質(zhì)，通過擠包機(jī)在導(dǎo)體表面擠出內(nèi)半導(dǎo)電層、絕緣層和外半導(dǎo)電層。為保證半導(dǎo)電層與導(dǎo)電層結(jié)合緊密，生產(chǎn)中宜采用三層共擠工藝。
擠包式絕緣管型母線與其他絕緣型式設(shè)備最大不同在于擠包式中間接頭與終端中無法插入電容屏形成均壓結(jié)構(gòu)，而是通過預(yù)制件在地屏端部向外延伸形成喇叭口的應(yīng)力錐結(jié)構(gòu)，達(dá)到均勻場強(qiáng)的效果，如圖4所示。這一技術(shù)在電力電纜中發(fā)展已有較長時間，可以直接借用。
2.3.2 技術(shù)優(yōu)勢和難點(diǎn)
擠包式絕緣管型母線的優(yōu)勢與電纜結(jié)構(gòu)相似，絕緣一體性較好、緊實，技術(shù)比較成熟，有電力電纜尤其是高電壓等級電力電纜生產(chǎn)經(jīng)驗的廠家能夠順利轉(zhuǎn)向生產(chǎn)擠包式絕緣管型母線。
絕緣管型母線的結(jié)構(gòu)特征也使得其設(shè)計生產(chǎn)存在如下難點(diǎn)。(1)絕緣管型母線為增大載流量，須擴(kuò)大管徑，此時，擠包時必須避免重力造成的絕緣偏心，這在絕緣尺寸整體半徑增大的條件下工藝難度更大，必須更為準(zhǔn)確地控制整個擠包圓周上的溫度和擠包速度均勻性。(2)擠包型絕緣管型母線的彎管段成型是其生產(chǎn)中的難點(diǎn)。先彎金屬管后擠包，由于現(xiàn)今的技術(shù)水平和設(shè)備限制，尚未有廠家實現(xiàn)。先擠包后彎管會使已成型的絕緣受拉伸和擠壓，一是彎曲半徑受很大限制，相當(dāng)于在絕緣上施加應(yīng)力，拉伸會減薄絕緣而擠壓可能導(dǎo)致氣隙產(chǎn)生;二是預(yù)應(yīng)力會降低材料的機(jī)械和性能。后者應(yīng)在彎曲過程中注意應(yīng)力的釋放。
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